馬斯克的防彈玻璃為什麼會被砸碎？這是一道高中物理問題

馬斯克，全世界最具煽動力的企業家。旗下公司特斯拉最新電動皮卡Cybertruck一經亮相就歡呼一片，不過，也有網友「提醒」——如今的馬斯克和特斯拉，往往是「新品發佈猛如虎，真到交付原地杵」，交貨時間和實際收到的車子品質是否真如發表會上所說的那麼美好，恐怕要打個問號。不過，這次不用等到交貨，在發表會現場就發生了個眾所皆知的尷尬事件：車窗裂了。

在現場展示個過程中，發生了件尷尬的畫面：號稱能防彈的玻璃，並沒有完美擋住助手甩出的鋼球。當場被來了個double kill。現場一度非常尷尬。

這個場面也引起了廣泛討論，有人吐槽品質，也有人認為可能是失誤。但也有不少人認為，這是不是馬斯克故意進行的一場表演，好讓他獲得更多的傳播和銷量？ 

來自美國路易斯安那東南大學的物理學副教授瑞德‧阿蘭（Rhett Allain），用物理學知識進行了分析，解釋了為什麼會發生這種現象，用到的基本上都是高中學的物理知識，整個過程就相當於解一道題。

不過在開始分析之前，還是先快速還原下現場~

 

問題：為什麼落下的鐵球傷不了的玻璃、卻會被砸裂？

為了展示車窗防彈玻璃強悍的性能，馬斯克大手一揮，讓助理拿著鋼球上場。對準車窗砸過去，然後意想不到的一幕發生了，玻璃應聲而碎。

問題是，在這位助手上場之前沒有幾分鐘，現場才做過一次實際的驗證，他們在平面上先放上普通汽車玻璃，鋼球落下，玻璃碎了。

然後換Cybertruck的玻璃測試，從更高的地方落下來都毫髮無傷。

回到發表會現場，所以，在第一個玻璃裂開之後，馬斯克覺得玻璃不該這麼容易碎裂，他認為是不是用勁太大了？在他的示意下，鋼球又砸向了後窗玻璃。

儘管力度已經減小了很多，但玻璃還是非常脆弱。

馬斯克隨後只好解釋說，「至少沒有穿過去，看來我們還有很多的事情要做。」

那為什麼防彈玻璃能夠經受住高處的自由落體，卻被隨手甩出的鋼球砸爛了？

 

物理學分析：和安裝方式有關

瑞德‧阿蘭決定用物理學知識揭開答案。先來看一下垂直往下砸的情況：

雖然這位工作人員沒說他到底爬了多高，但從影片中可以看到，球在管道末端出現，掉落到玻璃板上的時間大概是0.267秒。

粗略假設初速度為0，加速度為g=9.8m/s，根據公式：

這段距離就大概是0.35公尺。

工作人員放下鋼球的高度大概是這段距離的10倍，那麼球到玻璃板之間的距離就是3.5公尺。當然不精確，不過對這次分析而言也足夠了。

知道了下落高度，根據v^2 = 2gh這個公式，就可以計算出鋼球撞向玻璃板時的速度，約為8.3m/s。

而市面上出售的棒球大小的鋼球大概有1.9kg重，那麼根據動量p = mv，就可以算出鋼球衝擊玻璃板時的動量為15.7kg‧m/s。

動能K則可以根據公式K =1/2*m*v^2計算，為65.5J。

也就是說，特斯拉皮卡採用的玻璃板完全能承受住15.7kg‧m/s的衝擊。

 

那麼，問題出在哪？

首先需要進行一些必要的假設：

• 工作人員的投擲動作，讓鋼球從靜止到達到最終速度時，移動了大約1公尺的距離。
• 球的加速度不變。
• 從影片中得到，鋼球的運動時間約為0.27秒。

因為加速度不變，平均速度就等於初始速度和最終速度之和除以2，同時也等於總路程除以總時間。

於是就求出了現場鋼球砸向車窗玻璃的最終速度是7.4m/s，動量是14.1kg‧m/s。小於從3.5米高度垂直下落測試中的15.7kg‧m/s。

按照這個結果，車窗玻璃應該就像馬斯克說的那樣不會碎才對，那麼是哪裡出了問題？

可能是和安裝方式有關。

在垂直下落測試中，玻璃板用夾具固定。這些夾具不是完全剛性的，也就是說在受到鋼球撞擊時，玻璃板的移動空間比較大。

△Rhett Allain繪製

而在特斯拉皮卡上，玻璃板被牢牢固定在車門窗框裡，位移空間比較小。

△Rhett Allain繪製

假設在垂直下落測試中，玻璃被撞擊時移動了1公分，而發表會現場，玻璃僅移動了0.2公分。那麼根據公式：

在動能變化大致相同的情況下，固定在窗框中的玻璃承受的力，就5倍於垂直下落實驗中玻璃承受的力。

於是，馬斯克的車窗，碎裂了。

 

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